[发明专利]一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联制备高氮钢的方法

说明书

一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，高氮钢为高氮马氏体钢或高氮奥氏体钢，步骤包括：准备原料、确定冶炼压力和浇铸压力、加压感应熔炼、脱氧、浇铸、电渣重熔等。本发明的方法由于电渣重熔具有较高的凝固速度，可抑制氮的逸出，获得氮含量略高于常压溶解度的高氮钢重熔锭，且制备的高氮钢具有优良的耐腐蚀性能和力学性能；对于降低高氮钢的生产成本，采用保护气氛电渣重熔工艺制备氮含量略高于常压下溶解度的高氮钢是一条新的途径。

技术领域

本发明属于高氮钢冶炼技术领域，特别涉及一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法。

背景技术

高氮钢作为一种性能优异的钢铁材料，正日益受到人们青睐，氮加到钢中可以起到固溶强化和细晶强化的作用，使高氮钢具有强度高、韧性好、蠕变抗力高以及耐腐蚀性强等特点，同时氮可以替代价格昂贵的镍，从而降低生产成本；因此，高氮钢在石油、电力、宇航、海洋工程、低温工程等领域以及外科手术、牙科和生物工程方面具有广泛的应用前景；然而，由于常压下氮在钢中的溶解度较低，并且在钢液凝固过程中需经过氮溶解度很低的高温铁素体相，易导致氮偏析、氮气逸出及气孔形成等问题，对钢锭的性能造成十分不利的影响。因此，氮的加入和保持一直是高氮钢生产制备的技术难点和重点，严重制约了高氮不锈钢的品种开发和应用。

加压冶金是制备高氮钢的有效方法，目前德国的加压电渣重熔技术是商业化生产高氮不锈钢的有效方法。该工艺采用添加氮化合金(常用氮化硅)的方式增氮，但存在过程不稳定、氮分布不均匀、硅容易超标、有时需二次重熔等缺点；而加压感应熔炼工艺，可通过加压下氮气-钢液气相传质过程进行增氮，且钢液在电磁力的搅拌作用下发生对流运动，加快了氮在熔体中的扩散，使氮在钢中均匀分布，同时缩短了钢液中氮在特定压力下达到平衡的时间；并且，之后的浇铸过程也在高压下进行，可以避免氮的逸出和气孔形成等问题。但是感应熔炼不易控制铸锭的夹杂物和硫含量，影响钢的整体质量。

由于加压电渣炉设备复杂，生产成本高，且存在一定的安全隐患。而很多特钢厂已装备的保护气氛电渣重熔炉相对简单，在常压氮气保护下进行生产，安全可靠，能有效降低钢中夹杂物及硫含量、改善凝固组织，但常压下无法获得氮含量较高的铸锭。

发明内容

本发明的目的是提供一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，首先采用加压感应炉冶炼氮含量较高的铸锭，使氮元素均匀分布在钢中，并实现氮含量的精确控制，之后利用保护气氛电渣炉在高纯氮气气氛下进行低熔速的电渣重熔，改善元素的显微偏析，降低钢中硫元素及夹杂物的含量。

本发明的方法之一按以下步骤进行：

1、根据高氮钢的目标氮含量，利用公式①确定铸锭的氮含量；所述的高氮钢为高氮马氏体钢，其目标成分按质量百分比为：C 0.1～0.6％，Mn 0～5％，Cr 12～20％，Si≤1％，Mo 0～3％，N 0.1～0.35％，Ni 0.1～2％，V 0～1％，余量为Fe；所述的公式①为：

[％N]₁＝[％N]+(0.1～0.3)

式中，[％N]₁表示铸锭的目标氮质量百分数，[％N]表示高氮钢的目标氮质量百分数；

结合目标钢种的成分、冶炼原料成分和所要冶炼钢锭重量，计算所需各种原料的重量，配制冶炼原料；

2、通过公式②计算出加压感应熔炼过程的冶炼压力p₁；所述的公式②为：